辐照耗尽型CMOS像素测试结构的电荷收集特性

本文给出了采用LFoundry 150 nm CMOS工艺、基于初始电阻率超过3 k$\Omega$cm的p型衬底制作的被动测试结构的边缘瞬态电流技术（Edge-TCT）与电荷收集测量。测量在反应堆中子辐照前进行以及辐照后进行，辐照注量最高达2$\cdot$10$^{15}$ n$_{\mathrm{eq}}$/cm$^2$。研究了两组器件：未减薄（700 $\mu$m）且通过顶部注入区偏置衬底，以及减薄（200 $\mu$m）且具有加工并金属化背面的器件。耗尽深度由Edge-TCT估算，收集电荷由$^{90}$Sr源配合25 ns整形时间的外部放大器测量。给定偏置电压下的耗尽深度随中子注量增加而减小，但在最高注量后于250 V时仍大于70 $\mu$m。辐照后，具有加工背面的减薄探测器测得远高得多的收集电荷，尽管Edge-TCT观测到相同耗尽深度。即使在辐照至2$\cdot$10$^{15}$ n$_{\mathrm{eq}}$/cm$^2$后，也测得超过5000个电子的最可几收集电荷值。这足以保障这些探测器在升级后HL-LHC的ATLAS实验像素探测器外层中的成功运行。